中石油固井技術(shù)進(jìn)展研究

王志偉

（大慶鉆探工程公司鉆井生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)一公司，黑龍江大慶163355）

固井是石油勘探開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，也是鉆井工程中相對(duì)獨(dú)立的環(huán)節(jié)。固井質(zhì)量的好壞不僅影響后續(xù)鉆井作業(yè)，也直接影響油氣井壽命和儲(chǔ)層的采收率。為了更好地滿足勘探和生產(chǎn)的需求，中石油在固井基礎(chǔ)理論、固井工藝技術(shù)、固井材料和固井工具方面進(jìn)行了持續(xù)攻關(guān)[1]。本文研究了中石油在固井技術(shù)方面（深井和超深井固井技術(shù)、復(fù)雜氣井固井技術(shù)、水平井和大位移井固井技術(shù)、大溫差長(zhǎng)封固固井技術(shù)）、固井新材料及水泥漿體系方面和在固井工具裝備方面等取得的進(jìn)展。

1 固井工藝取得的進(jìn)展

經(jīng)過多年的研究和應(yīng)用，中石油開發(fā)出適用于各類油藏的多種固井工藝。其中超深井、復(fù)雜氣井、水平井的固井工藝已經(jīng)基本成熟。

1.1 深井和超深井固井技術(shù)

近年來，深井和超深井的鉆井作業(yè)不斷增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“十一五”期間有219口超過6000m深井，是“十五”計(jì)劃的6.3倍。其中2011年4000m以上的深井?dāng)?shù)為571口，其中6000m以上的井?dāng)?shù)為88口。通過自主研發(fā)和外部合作，中石油在深井和超深井固井方面均已取得了重要突破。通過綜合措施來提高鉆井液的驅(qū)替效率，通過整體壓穩(wěn)和平衡固井技術(shù)保障固井安全施工操作，結(jié)合多種技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，中石油的固井作業(yè)已基本滿足深井及超深井勘探和生產(chǎn)的要求[2]。

1.2 復(fù)雜氣井固井技術(shù)

近年來，中石油大幅度加快了天然氣開發(fā)業(yè)務(wù)。2012年中石油天然氣產(chǎn)量達(dá)到8.6×1010m3，占據(jù)了國(guó)內(nèi)天然氣市場(chǎng)總份額的80%，比十年前增加了8倍。隨著復(fù)雜氣井?dāng)?shù)量的增加，固井的技術(shù)難度也越來越高。中石油通過對(duì)引發(fā)氣竄的重力損失機(jī)理進(jìn)行研究，找到了影響氣竄的主要因素，形成了防氣竄綜合技術(shù)。此外，在固井技術(shù)、水泥添加劑、隔離液和封堵材料方面也取得了重要進(jìn)展。這些技術(shù)已在塔里木油田、川渝地區(qū)、慶深氣田和吉林油田的固井工作中發(fā)揮了重要的作用。

其中川渝地區(qū)作為近年中石油的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)塊，其地質(zhì)情況復(fù)雜、易發(fā)生漏失，易出現(xiàn)套管下入困難、固井質(zhì)量差、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大等問題。為更好地解決固井問題，在實(shí)際施工中中石油針對(duì)不同漏失情況采用了相應(yīng)的技術(shù)措施：針對(duì)惡性漏失井首先使用帶扶正器的鉆具進(jìn)行擴(kuò)眼通井修整井壁，然后充分凈化井眼并簡(jiǎn)化套管結(jié)構(gòu)；對(duì)于一般漏失井則首先采用模擬套管結(jié)構(gòu)的鉆具組合通井來修整井壁，然后充分凈化井眼，最后在下套管過程中實(shí)施分段頂通、間斷調(diào)灌等技術(shù)措施來提高固井質(zhì)量[3-4]。

1.3 水平井和大位移井固井技術(shù)。

水平井已被證明是提高單井產(chǎn)量和采收率的最佳方法。近年來，中石油加強(qiáng)了水平井的開發(fā)力度，2011年和2012年分別完成了1296口水平井和1701口水平井。針對(duì)水平井開發(fā)的相關(guān)技術(shù)主要有：套管居中技術(shù)、高性能水泥漿體系、儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)等，進(jìn)一步提高了水平井和大位移水平井的固井質(zhì)量[5]。

1.4 大溫差長(zhǎng)封固井技術(shù)

隨著深層和復(fù)雜油藏勘探開發(fā)的深入，需要進(jìn)行大溫差長(zhǎng)封固的固井?dāng)?shù)量越來越多。在較大的溫度跨度范圍內(nèi)進(jìn)行固井是降低成本、提高鉆速和確保深層油藏有效開發(fā)的關(guān)鍵措施之一。通過攻關(guān)中石油解決了超緩凝、水泥漿穩(wěn)定性等難題，在烏茲別克斯坦Gong 1井?244.5mm井眼的固井作業(yè)中，水泥漿上返距離達(dá)到5300m，溫度跨度超過120℃。

2 外加劑和水泥漿體系取得的進(jìn)展

目前，水泥漿的外加劑的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，用量也逐年增加。優(yōu)異的外加劑可顯著改善高溫深井的固井質(zhì)量，解決水泥石強(qiáng)度差和漿體穩(wěn)定性差等固井問題。

2.1 外加劑

2.1.1 降失水劑

聚乙烯醇類化合物是一種到廣泛應(yīng)用的成熟的降失水劑。近年來AMPS（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）作為主要單體合成的降濾失劑，克服了以往降失水劑抗鹽性差和抗溫能力低等問題，其抗溫能力已經(jīng)達(dá)到200℃。

2.1.2 緩凝劑

通過對(duì)功能團(tuán)進(jìn)行緩凝機(jī)理分析，中石油在緩凝劑方面也取得了較大突破。DRH-100L緩凝劑的應(yīng)用溫度范圍為50℃～120℃，DRH-200L緩凝劑的應(yīng)用溫度范圍為80℃～180℃，DRH-310S和DRH-320S緩凝劑的使用跨度達(dá)到90℃～190℃。已開發(fā)的大溫差水泥漿體系的溫度應(yīng)用范圍和溫度跨度范圍均大幅度提高，使用上述水泥漿體系的水泥石頂部強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，有利于提高長(zhǎng)期固井質(zhì)量。

2.2 水泥漿體系

2.2.1 超高密度和超低密度水泥漿體系。

近年來，中石油在超高密度和超低密度水泥漿體系的研究方面均取得了很大的進(jìn)步。基于密度堆積理論開發(fā)的水泥漿體系滿足了在特殊井眼條件下的固井作業(yè)需求。低密度高強(qiáng)度水泥漿體系主要針對(duì)低壓力地層和易漏失地層，該水泥漿體系具有強(qiáng)度高、防竄性好等特性，最低密度可以達(dá)到1.05g/cm3。此外，還應(yīng)用密度堆積理論開發(fā)了密度為2.60～3.10g/cm3的超高密度水泥漿體系。

2.2.2 乳膠水泥漿體系

為了解決高壓區(qū)、石膏層中進(jìn)行固井作業(yè)的技術(shù)難題，中石油開發(fā)了具有抗高溫和耐鹽性能的乳膠水泥漿體系。并開發(fā)了配套的外加劑，掌握了乳膠保護(hù)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，克服了原有水泥漿體系靈敏度高、適用性差等難題。目前該體系的耐溫達(dá)180℃，耐鹽達(dá)20%[6]。

2.2.3 經(jīng)濟(jì)型抗CO2腐蝕水泥漿體系

吉林油田的長(zhǎng)深氣田和大慶油田的徐家圍子氣田均為富含CO2的氣田。地層中的CO2等酸性氣體會(huì)降低水泥強(qiáng)度、增加水泥的滲透性，從而縮短氣井的生產(chǎn)壽命。中石油研制了一種經(jīng)濟(jì)型抗CO2腐蝕的材料，并開發(fā)了配套的抗CO2水泥漿體系，該體系在滿足施工需要的同時(shí)能有效降低該類氣田的固井成本。

2.2.4 磷酸水泥漿體系。

中石油通過自主研發(fā)適合硅酸鹽特性的降失水劑和緩凝劑，開發(fā)了磷酸鹽水泥漿體系，成功解決了磷酸鹽水泥的強(qiáng)度控制問題，已在吐哈等多個(gè)油田進(jìn)行了應(yīng)用，為抗CO2腐蝕提供了新的解決方案。

3 固井裝備取得的進(jìn)展

3.1 可膨脹材料和可膨脹封隔器

為了更好地解決環(huán)空和水平段的固井質(zhì)量問題，中石油對(duì)可溶脹材料和可膨脹封隔器產(chǎn)品進(jìn)行了研究和開發(fā)。可溶脹材料分為水性溶脹材料和油性溶脹材料。在開發(fā)可溶脹材料的基礎(chǔ)上，還開發(fā)出了可膨脹封隔器。可膨脹封隔器可填充由于膠結(jié)質(zhì)量差造成的微裂縫和微空隙。此類封隔器的封隔壓力已超過30MPa。

3.2 其他特殊固井工具

為了更好地滿足特殊工藝井的固井需求，中石油還開發(fā)了多個(gè)種類的特殊鉆井工具。為了保障套管居中度，研發(fā)了剛性扶正器、彈性扶正器和可變徑扶正器等多種類型的扶正器；為了提高下套管成功率，開發(fā)了漂浮接箍、各種引鞋和套管下入工具。此外還有震動(dòng)固井工具、特殊尾管懸掛工具等。

4 中石油在固井方面面臨的挑戰(zhàn)

作為中國(guó)最大的油氣生產(chǎn)企業(yè)，在能源需求和日益嚴(yán)峻的環(huán)境要求雙重壓力下，中石油實(shí)施了“油氣兼顧”戰(zhàn)略。為了保證公司油氣生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)，鉆井?dāng)?shù)量逐年增加，開發(fā)難度也越來越大。此外，高溫高壓氣井、高H2S和CO2井、深井、超深井、復(fù)雜構(gòu)造的深井以及非常規(guī)資源井的數(shù)量越來越多，對(duì)固井作業(yè)提出了更嚴(yán)格的要求。因此，固井作業(yè)將面臨更多的困難和挑戰(zhàn)。

深井和超深井對(duì)套管的下入、固井工藝、水泥漿體系、固井工具和工具附件有極其嚴(yán)格的要求。這些井的固井風(fēng)險(xiǎn)很高，固井工作質(zhì)量難以保證。盡管中石油在固井方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但在復(fù)雜深井、超深井、儲(chǔ)氣庫(kù)井、低溫深水的固井方面還有待進(jìn)一步提高。

為進(jìn)一步發(fā)展中石油的固井技術(shù)，建議采取以下措施：①加強(qiáng)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室和固井技術(shù)支持中心的建設(shè)；②提高管理水平和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)水平，通過制定詳細(xì)的作業(yè)程序和嚴(yán)格執(zhí)行重點(diǎn)項(xiàng)目的關(guān)鍵井等措施，確保固井質(zhì)量；③加大研發(fā)力度，對(duì)關(guān)鍵固井技術(shù)和工具進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，并加強(qiáng)人才的培養(yǎng)和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)。